Hitastjórnun rafhlöðu
Hvers vegna fljótandi kaldar plötur eru nauðsynlegar fyrir rafhlöðukælingu rafgeyma
Lithium-rafhlöður hafa breytt því hvernig við geymum og notum orku. Allt frá rafknúnum farartækjum og orkugeymslukerfum til iðnaðarbúnaðar og hraðhleðsluforrita, er nú gert ráð fyrir að rafhlöður skili meira afli, lengri notkunartíma og hraðari hleðsluhraða.
Hins vegar hefur meiri orkuþéttleiki í för með sér verulega verkfræðilega áskorun: hita.
Sérhver rafhlaða pakki framleiðir hita meðan á notkun stendur. Hleðsla skapar hita. Losun skapar hita. Mikil-aflforrit, sérstaklega hraðhleðsla og mikil straumhleðsla, geta aukið varmamyndun enn frekar.
Áskorunin er ekki einfaldlega að fjarlægja hita úr rafhlöðupakkanum. Raunverulega áskorunin er að viðhalda hverri rafhlöðufrumu innan stöðugs hitastigs á meðan að lágmarka hitamun á milli frumna.
Þetta er þarhitauppstreymi rafhlöðuverður ómissandi.
Skilvirkt hitastjórnunarkerfi hjálpar til við að bæta afköst rafhlöðunnar, lengja endingartíma, viðhalda skilvirkni hleðslu og draga úr öryggisáhættu. Fyrir nútímaEV rafhlöðurog orkugeymslukerfi,fljótandi kæling með ál fljótandi köldum plötumer orðin ein áreiðanlegasta lausnin.
Hvers vegna hitastjórnun rafhlöðu skiptir máli
Lithium-rafhlöður eru mjög viðkvæmar fyrir hitastigi.
Flestar litíum-jónafrumur starfa skilvirkast innan tiltölulega þröngs hitastigs, venjulega um 15 gráður til 35 gráður. Þegar hitastig rafhlöðunnar fer út fyrir þetta svið fer rafefnafræðileg frammistaða að minnka.
Hitastjórnunarkerfi rafhlöðu (BTMS) er hannað til að stjórna hitamyndun, hitaflutningi og hitadreifingu um rafhlöðupakkann.
Vel-hannað hitastjórnunarkerfi þarf að ná þremur meginmarkmiðum:
*** Halda frumum innan ákjósanlegs rekstrarhitasviðs
*** Minnka hitamun milli einstakra frumna
***Komdu í veg fyrir ofhitnun meðan á-afli stendur
Þetta er sérstaklega mikilvægt þar sem rafhlöðukerfi verða öflugri.
Til dæmis getur rafhlöðupakkinn fyrir rafbíla innihaldið hundruð eða jafnvel þúsundir einstakra frumna. Ef sumar frumur virka verulega heitari en aðrar, getur allur rafhlöðupakkinn orðið fyrir ójafnri öldrun.
Heitustu frumurnar ákvarða venjulega heildartakmörkun pakkans.
Með öðrum orðum, rafhlöðupakkinn er aðeins eins sterkur og veikasti hitapunkturinn.
Hvað gerist þegar rafhlöður verða of heitar?
Hiti er einn stærsti þátturinn sem hefur áhrif á afköst og endingu litíum-rafhlöðunnar.
Þegar hitastig rafhlöðunnar hækkar óhóflega geta ýmis vandamál komið upp.
1. Hraðari niðurbrot rafhlöðunnar
Hátt hitastig flýtir fyrir óæskilegum efnahvörfum inni í litíum-jónafrumum.
Með tímanum getur þetta leitt til:
>>>Minni rafhlöðugeta
>>>Aukin innri viðnám
>>>Styttri hringrás líf
>>>Minni skilvirkni í hleðslu
Rafhlaða sem virkar stöðugt við hærra hitastig getur tapað afköstum mun hraðar samanborið við rafhlöðu sem haldið er við undir stýrðar hitauppstreymi.
2. Aukin öryggisáhætta
Mikil ofhitnun getur skapað hættulegar aðstæður inni í litíum-jónafrumum.
Þegar innra hitastig hækkar umfram örugg mörk geta rafhlöðuefnin orðið óstöðug. Við alvarlegar aðstæður getur þetta komið af stað hitauppstreymi, þar sem hitamyndun verður sjálf-viðhaldandi og dreifist frá einni frumu til annarrar.
Þetta er ástæðan fyrir því að koma í veg fyrir of mikla hitauppsöfnun er grundvallarkrafa í hönnun rafgeyma rafgeyma og orkugeymsla.
3. Minni hleðsluárangur
Hraðhleðsla veldur verulegu hitaálagi á rafhlöður.
Við mikla-straumhleðslu fara litíumjónir hratt á milli rafskauta. Ef ekki er hægt að fjarlægja hita á áhrifaríkan hátt gæti þurft að minnka hleðsluhraða til að vernda heilsu rafhlöðunnar.
Þetta skapar bein átök:
Viðskiptavinir vilja hraðari hleðslu.
Rafhlöðuverkfræðingar þurfa betri hitastýringu.
Skilvirk hitastjórnun hjálpar til við að leysa þessa áskorun með því að fjarlægja hita fljótt og halda stöðugu hitastigi frumunnar.
Hvers vegna hitajafnvægi er jafn mikilvægt
Margir halda að rafhlöðukæling snúist aðeins um að lækka hitastig.
Hins vegar er einsleitni hitastigs jafn mikilvæg.
Rafhlaða pakki getur innihaldið hundruð frumna sem eru tengd saman. Ef eitt svæði í pakkanum virkar heitara en annað svæði, munu þessar frumur eldast öðruvísi.
Til dæmis:
Heitari frumur brotna hraðar niður
Kælari frumur halda betri afköstum
Heildar rafhlöðustjórnunarkerfið verður að takmarka rekstur miðað við veikustu frumurnar
Þess vegna er markmiðið með hitauppstreymi rafhlöðu ekki einfaldlega:
"Gerðu rafhlöðuna kaldari."
Raunverulega markmiðið er:
„Láttu hverja frumu starfa við svipað og ákjósanlegt hitastig.
Þetta er ein ástæðan fyrir þvífljótandi kælikerfihafa orðið sífellt algengari í nútíma rafhlöðupökkum.
Loftkæling vs fljótandi kæling fyrir rafhlöðupakka
Fyrstu rafknúin farartæki og-rafhlaða rafhlöðukerfi notuðu oft loftkælingu vegna þess að það var einfalt, létt og ódýrt.
Hins vegar, þegar orkuþéttleiki rafhlöðunnar og hleðsluhraði jókst, fór hefðbundin loftkæling að sýna takmarkanir.
Takmarkanir á loftkælingu
Loft hefur tiltölulega litla hitaleiðni samanborið við fljótandi kælivökva.
Jafnvel með viftur og loftflæðisrásir, verður erfitt að fjarlægja mikið magn af hita frá þéttpökkuðum rafhlöðueiningum.
Algengar áskoranir eru:
Ójöfn kæling á milli frumna
Takmörkuð kæligeta
Stærri plássþörf
Meiri hávaði frá viftum
Erfiðleikar við að styðja við hraðhleðslu
Fyrir lítil-aflforrit gæti loftkæling samt hentað.
En fyrirhá-afkastamikil rafhlöðu rafhlöðurog orkugeymslukerfi, er þörf á sterkari kæligetu.
Hvers vegna fljótandi kæling hefur orðið ákjósanleg lausn
Vökvakælingnotar kælivökva, venjulega vatns-glýkólblöndu, til að flytja varma frá rafhlöðufrumum.
Í samanburði við loft hefur fljótandi kælivökvi:
***Hærri hitageta
***Betri varmaleiðni
*** Skilvirkari hitaflutningsgeta
A fljótandi kæliplata fyrir rafhlöðupakkauppsett undir eða við hlið rafhlöðueiningar veitir beinan hitaflutningsleið.
Rafhlöðu klefi
↓
Hitaviðmótsefni (TIM)
↓
↓
Kælivökvarás
↓
Ytra kælikerfi
Þessi hönnun gerir kleift að fjarlægja hita á skilvirkari hátt en viðhalda betri hitastigi yfir rafhlöðupakkann.
Fyrir nútíma rafhlöður, orkugeymslukerfi og há-aflforrit,fljótandi kælinguhefur orðið ákjósanlegur varmastjórnunaraðferð.
